Теплонасос

ГРУНТ

С 1950 г. в США было установлено значительное число тепло­вых насосов, использующих грунт в качестве источника тепла. В технической печати публиковалось много фотографий больших
ям, вырытых в приусадебных садах. Распространено мнение, что изменение температуры грунта в течение года невелико. На самом деле, как показано на рис. 5.6, изменение температуры существенно, и даже на глубине 1 м зимой температура приближается к нулю [12]. Эти данные приведены для Брюсселя — в Европе сейчас про­является значительный интерес к использованию грунта в качестве источника тепла.

Рис. 5.6. Сезонная вариация тем - Рис. 5.7. Колебания температуры почвы пературы почвы по месяцам на по глубине Н. глубине 0,02 и 1 м, измеренная в Бельгии.

В несколько иной форме эти данные представлены на рис. 5.7, где показана зависимость средней амплитуды температуры от глу­бины, на которой проведены измерения. Отсюда видно, что разме­щение трубок испарителя на глубине всего лишь 1 м не дает воз­можности получать постоянную температуру. Испаритель в этом случае имеет форму серпентина из трубок диаметром обычно 25 мм, уложенных на постоянной глубине на площади в несколько сотен квадратных метров. С целью уменьшения капитальных затрат же­лательно расположение трубок как можно ближе к поверхности. Подробное изучение грунта как источника тепла, проведенное в Да­нии [13], показало следующее:

1. Погонный тепловой поток к испарителю из грунта составляет 20—25 Вт/м. В этой связи интересно отметить большой разброс данных разных исследователей. В [14] приведено минимальное зна­чение 10 Вт/м, максимальное для Европы указано в ФРГ — 50— 60 Вт/м [15].

2. Оптимальная глубина и шаг размещения трубок составляют соответственно 1,5 и 2 м. В некоторых случаях из-за взаимного вли­яния предел 2 м расширяется. Датский отчет указывает, что трубки можно размещать на меньшей глубине, но при этом производитель­ность теплового насоса может снижаться на 5% на каждый градус понижения температуры испарителя.

3. Помимо варианта испарения непосредственно хладоагента можно использовать промежуточный теплоноситель — рассол, цир­
кулирующий по трубкам й грунте и отдающий тепло хладоаґенту в специальном теплообменнике. Средняя температура рассола зи­мой составляет —3° С.

4. Если содержание воды в почве велико, показатели повыша­ются благодаря увеличению теплопроводности и хорошему контак­ту с трубками. Большая концентрация в почве гравия вызывает ухудшение характеристик.

5. В Дании рассмотрена возможность применения не горизон­тальных, а вертикальных трубок, которые можно использовать в ре­жиме не только нагрева, но и охлаждения здания летом, когда при­меняется реверсивный тепловой насос.

В этом же исследовании обнаружена и такая интересная деталь. Минимум температуры грунта всегда выше, чем воздуха, и дости­гается двумя месяцами позднее, когда требуемая мощность отопле­ния снижается.

Вертикальные трубки занимают меньше места и позволяют в не­котором смысле использовать тепло, аккумулированное в летние месяцы, что дает им экономические преимущества. Исследования [16] вертикальных U-образных трубок показали возможность значи­тельного извлечения тепла. Горизонтальный испаритель с площади 150—200 м позволяет получить 12 кВт тепла. U-образные трубки, размещенные в скважинах диаметром 127 мм и глубиной 8 м, по­зволили получить 1,2 кВт только из двух скважин. Отсюда видно, что U-образные трубки снижают требуемую поверхность грунта в 10—20 раз по сравнению с горизонтальными.